JP2002182217A - 螺旋ネマチック液晶表示装置 - Google Patents
螺旋ネマチック液晶表示装置Info
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Abstract
転特性を利用する電気的に駆動される表示装置の提供を
目的とする。 【解決手段】 本発明の表示装置は、2つの偏光子
(2,5)の間に形成された空間中に封入された螺旋ネ
マチック液晶層と、コントラスト比を小さくするように
液晶層の残留複屈折を補正する一軸性の複屈折手段(1
1)とを組み合わせた表示装置である。本発明の表示装
置によれば、コントラスト比の角度分布の均一性は補正
要素がない装置と比較して改良される。本発明の表示装
置は、コンピュータ用のディスプレイ装置、テレビ画像
の直接または投射表示装置で使用される。
Description
を直接変調するか、又は、投射光を間接的に変調してス
クリーン上に画像を表示する電気的に駆動される電気光
学装置に関するものであり、特に、変調電場が加わって
いない場合には螺旋ネマチック構造を示す液晶が2つの
互いに直角に配置された偏光子の間に配置される液晶表
示装置に関するものである。
に印加する電圧を増加させた時に透明度が低下するよう
にすることができるが、視覚化された画像が観察角度
(視野角)条件によって変わるという欠点がある。すな
わち、画像に均一性が無い。
点を解決することにある。
2枚の偏光子によって区画された光学空間内に螺旋ネマ
チック液晶層を配置し、この螺旋ネマチック液晶層に負
の複屈折を有する一軸性補正要素を組み合わせた電気駆
動式の表示装置において、負の複屈折を有する一軸性補
正要素の光学軸が螺旋ネマチック液晶層の主要面の法線
に対して傾斜していることを特徴とする装置にある。
ことによって、ネマチック相の液晶分子の螺旋状配置に
駆動電場効果を与えた時に生じる対称性欠陥の欠点を無
くした上記電気駆動式の表示装置にある。これは投射式
の表示装置の場合に特に好ましく、光学軸が液晶相を区
画する面の法線に対して小さい傾斜を成す補正要素を使
用する。本発明の一実施例では垂直入射した時に表示装
置が等方性媒体として機能するように光学軸を互いに直
交して重ねた2枚の一軸性補正要素を使用し、一方の光
学軸を液晶相の面に対してわずかに傾斜させ、他方の光
学軸をその面に平行にしている。
めに、一軸性の複屈折光学媒体で作られた1枚または複
数枚の補正板を液晶装置の互いに交差した2枚の偏光子
の間に配置する。こうすることによって、より広角の観
察角度でより均一なコントラスト比を得ることができ
る。
を参照して説明する。
マチック液晶を収容する互いに平行な面を有する空間を
区画している。ネマチック液晶と接触する支持板3、4
の表面は界面活性剤で処理され且つ整列法で処理(アラ
インメント処理)されてネマチック液晶の分子に対して
特定の配向を示すようになる。同図に円筒形で示した区
域7は制御電場が加わっていない状態で螺旋状に配向す
る分子を示している。支持板3の直ぐ近傍では、分子は
X軸およびY軸に対して45°傾斜した方向10に配向
している。支持板4の直ぐ近傍では、分子は上記の方向
10に対して直交した方向9に配向している。支持板3
及び4の内側表面から中間の点では液晶分子がX軸(こ
の表示装置の鉛直方向に対応する)に沿って配列してい
る。支持板3及び4は電源6と接続した透明電極を有
し、電源6から送られ電圧uに比例する強度の電場がZ
方向に加えられる。この駆動電場が加わると、円筒形で
示した区域8のように螺旋状の分子配列が変わる。駆動
電場が加わらない状態では分子配列は対称で、その主要
面の一方から液晶層に入り、その反対側の主要面から出
る光線の直線偏光は90°回転する。従って、支持板3
及び4を偏光子2と検光子5との間に、これらの各要素
が上記の方向10及び9を取るように配置すると、光源
1から出た照明光は螺旋状配列7によって最も多く表示
装置を透過する。これは駆動電場がない場合に対応し、
「開いた」状態を特徴付ける。逆に、駆動電場が作用す
ると、液晶層の回転力が小さくなり、互いに交差した偏
光子2及び5が光を遮断する作用をする。これは「閉じ
た」状態に対応する。
たは支持板4と検光子5との間に補正要素11を加え
る。この補正要素11は、例えば光学軸がOZ軸の方向
を向いた一軸性の複屈折媒体から裁断した平行面を有す
る薄板にすることができるが、これに限定されるもので
はない。図1、図2でこの補正要素11が無い装置は公
知で、その場合の電気光学特性は図3、図4に示してあ
る。この螺旋ネマチック液晶ディスプレイ装置の代表的
な特性を下記に示す。 MERCK ZLI−3347型液晶 光路差(ne−n0)d: 476nm 螺旋角度 : 90° 電場の無い時の液晶分子の予備傾斜角度: 2° SANRITZ LLC2 8218S型の偏光子 「開いた」状態の電圧 : 1.74V 「閉じた」状態の電圧 : 5.40V 光の波長 : 550nm 図3は駆動電圧uの関数としての透過率Tを表し、図4
は2つの曲線によって角度特性すなわち光線の方向Rで
のコントラスト比CRの変化を表している。図1を参照
すると、光線の角度座標はΦとΘであることが分かる。
座標ΦはRとZとを含む平面Πの配向を示す。座標Θは
Zに対する配向Rを示す。
ントラスト比がどのように変化するかを示しており、曲
線Φ=Π/2は鉛直に角度走査した場合を示している。
結果は水平走査では対称で、鉛直走査では非対称で、右
にずれている。この非対称性および右へのズレは図2の
断面図から容易に理解できる。すなわち、分子は液晶層
の面に対してほぼ平行のままであるが、予備傾斜角度に
よって決まる方向に分子自体が回転してOZ方向に傾
く。この条件下では、矢印14で示すように鉛直に角度
走査すると、液晶層の残留複屈折が大きくなるだけであ
る。これが図4のズレの原因である。
による補正をしないという仮定で描かれている。
正要素11が負の複屈折の一軸性媒体の形をしている。
すなわち、この補正要素11の光学軸OAはXZ面内に
あり、液晶層面と75〜90°の範囲の角度(β)を成
している。矢印16は分子の予備傾斜方向を示してい
る。図5の(b)は、光学軸OAに平行な方向への伝播
を示す屈折率楕円の断面17が円形であることを示して
いる。
R(Integrated Contrast Ratio)で評価することができ
る。この総合コントラスト比ICRの数学的表現は[式
1]で表される。
Φ,Uoff)及びT(Θ,Φ,Uon)は、それぞ
れ、「開いた」状態及び「閉じた」状態での透過率であ
る。
し、光学軸の角度を83°とすると、ICRの大きさ
(20°)は187となる。一方、補正要素11が無い
液晶セルではこの値は77になる。そのような補正要素
は、均一に予備傾斜したディスコティックな液晶層(une
couche de crystal liquide discotique)で作ることが
できる。図18と図19の参照曲線HRTIの曲線はこ
の実施例に相当する。図19では、補正要素11が無い
液晶セルの角度変化を示す曲線TNで現れている曲線H
RTIのズレが取れていることが分かる。図18は補正
要素11が水平方向でコントラスト比CRの角度分布を
広くしていることを表している。
伝播する光波に対して等方性特性を示す負の複屈折を有
する単一の補正要素を使用する。
2つの補正要素11a、11bを互いに並べて配置して
上記と同様な結果を得ている。これらの補正要素11
a、11bは同じ光路差を導入するが、光学軸OAが互
いに直交しているので、軸Zに対してほとんど傾斜して
いない伝播方向では全体として等方性の挙動を示す。補
正要素11aの光学軸OAは図面の面に垂直に配向して
おり、一方、補正要素11bの光学軸は液晶層の面に対
して0〜15°の範囲の角度(β)で傾斜している。補
正要素11bは液晶層によって構成することができる。
例えば、図6の2枚の補正要素を用いて補正要素11b
の光学軸OAが6.5°傾斜した光路差440nmの補
正要素を構成することができる。この実施例では、18
2の総合コントラスト比ICR(20°)が得られる。
図18と図19の曲線DRTIはこの形式の補正をした
場合のコントラスト比CRの角度分布を表している。
正要素を使用することによって単純化することができ
る。こうして単純化した場合には、図5の実施例で図
8、図9の曲線HRで示される角度分布の結果を得るこ
とができる。同じ単純化を図6の場合で行うと、図8、
図9の曲線DRで示される角度分布の結果が得られる。
図6では、屈折率楕円の断面19及び20はX及びYに
沿った長軸を有する。
は、屈折率楕円の断面23及び24の長軸が方向9、1
9を向いている点にある。これらの断面21及び22は
図7の面に対応する。図7の実施例は図8、図9に曲線
DROで示す角度分布の結果を示す。
は取れないが、直接見る表示装置の場合にはこれは問題
にならない。上記実施例では、図5が負の一軸性複屈折
媒体を使用した場合に対応し、図6、図7が正の一軸性
複屈折媒体を使用した場合に対応する。
み合わされた螺旋ネマチック液晶表示装置25を有する
映写装置を示している。スクリーンヘの投影は対物レン
ズ26で行われるが、補正しない表示装置の場合に鉛直
方向に観察されるコントラスト最大ズレを考慮して、光
学軸27に対して螺旋ネマチック液晶表示装置25を傾
斜させて、光学軸方向の照度を最適化する必要があるこ
とが分かる。あるいは、対物レンズの光学軸に対して螺
旋ネマチック液晶表示装置25をズラしても同じ結果を
得ることができる。しかし、何れの場合も、螺旋ネマチ
ック液晶表示装置25が映像光学的観点からは正確に位
置決めされていないため、これらの方法では映写対物レ
ンズを最大限に使用することはできない。この問題に対
して既に提案された解決方法は、液晶層の面の法線に対
して、あるいは、液晶層の面に対してわずかに傾斜した
光学軸を有する一軸性の複屈折媒体を使用する方法であ
る。この解決方法は実施するのが困難である。
施できる。これらの実施例では単一または二枚の補正要
素11を液晶層に対して平行に配置しないで傾斜βさ
せ、それによって、入射面および出射面に平行または垂
直な光学軸を有する補正要素を用いることによって、鉛
直方向のコントラスト比の曲線のズレを最終的に取り除
くことができる。
な面を有する2つの透明な支持板3、4の間に封入され
た厚さの均一な層であり、偏光子2は支持板3から一定
距離の所に保持されており、偏光子2と支持板3との間
には、入射面および出射面に対して傾斜βした平行面を
有する複屈折補正要素11を斜めに配置する。この補正
要素11ではその外周に2つの空気プリズムを形成し、
光が多段の空気−ガラス屈折系を通るため、内部反射に
よってロスし、伝播される大量の光が減少し、画質が変
わる。この欠点を解消するために、図12では支持板3
を角度βのプリズム29に代え、偏光子2と補正要素1
1との間にその全空間を占める他のプリズム28を設け
る。
50nmで角度βが10°である入射面及び射出面に対
して垂直な光学軸を有する単一の補正要素を用いること
ができ、総合コントラスト比ICR(20°)=205
が得られる。この場合に対応する角度分布曲線は、図1
4、図15にIHR−fで示されている。同じ参照番号
を付けた図16と図17の曲線は、波長λに対する「開
いた」状態及び「閉じた」状態での透過率Tの依存性を
表している。
補正要素を用い、光路差を475nmとし、角度βを1
0°にすると、総合コントラスト比ICR(20°)は
190になる。この場合は、図14〜17で曲線IDR
−fに示してある。図12の実施例に図5に示す形式の
単一の補正要素を用い、光路差を−380nmとし、角
度βを7°にすると総合コントラスト比ICR(20
°)は187になる。この場合は、図14〜17に曲線
IHR−wで示される。図12の実施例で図6に示す形
式の二重の補正要素を用い、光路差を500nmとし、
角度βを6°にすると、総合コントラスト比ICR(2
0°)は173になる。この場合は、図14〜17に曲
線IDR−wで示されている。
装置の概略図である。この装置の対物レンズ26による
拡大画像形成条件は理想的であり、コントラスト比の角
度分布は水平および鉛直方向で光学軸に対して対称であ
る。
要素を螺旋ネマチック液晶層に組み込むことによって、
いずれの場合でもコントラスト比に優れた水平角度分布
にすることができる。補正要素を構成する複屈折媒体の
光学軸を液晶層の面に対して適当に傾斜させることによ
って、鉛直角度分布のズレも取り除くことができる。入
射面および射出面に垂直な光学軸を有する単一の補正要
素の場合には、直角入射して補正要素を通過する際の直
線偏光は保持されるのが分かる。2枚の補正要素を重ね
て使用した実施例の場合も同様に、第1の補正要素によ
って生じる光路差は他方の補正要素によって取り消され
る。
は光学的なものである。この改良はコンピュータのディ
スプレイとして使用されるパッシブまたはアクティブマ
トリックスディスプレイ装置に特に適用できる。本発明
の改良を映写装置やビデオカメラまたは顕微鏡カメラの
ファインダーで使用することもできる。
の範囲内で種々の実施例にすることができることは明ら
かである。
る。
答性を示す図である。
(b)である。
(b)である。
(b)である。
を示す図である。
を示す別の図である。
る。
る。
とを示す図である。
とを示す別の図である。
を示す図である。
を示す別の図である。
斜した光学軸を有する補正要素を用いた場合のコントラ
スト比の角度依存性を示す図である。
斜した光学軸を有する補正要素を用いた場合のコントラ
スト比の角度依存性を示す別の図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 2枚の偏光子の間にツイステッドネマチ
ック(TN)型の螺旋ネマチック液晶層が配置された電
気駆動式の表示装置であって、 負の複屈折を有する一軸性補正要素が該偏光子によって
区画された光学空間内に組み合わされ、 該一軸性補正要素はディスコティック液晶層により実現
されている、表示装置。 - 【請求項2】 ディスコティック液晶層は均一に予備傾
斜されている、請求項1記載の表示装置。 - 【請求項3】 駆動電圧が加わっていない状態での該螺
旋ネマチック液晶層の分子の向きは、螺旋ネマチック液
晶層の主要面の法線方向に透過する照明光の直線偏光を
90°回転させるように調節されており、 該2枚の偏光子の偏光方向は、対応した主要面での照明
光の直線偏光と一致し、相互に直交するようにされてい
る、請求項1又は2記載の表示装置。 - 【請求項4】 該一軸性補正要素の光学軸は、より広角
の観察角度でより均一なコントラスト比が得られ、鉛直
方向でのコントラスト比の角度分布の対称性が改良され
るように、該法線方向に対し0°より大きな傾斜角で傾
斜している、請求項1又は2記載の表示装置。 - 【請求項5】 該傾斜角は15°よりも小さい角度であ
る、請求項4記載の表示装置。
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